自预热烧嘴中的高温空气燃烧技术基本原理及关键技术(上)

高温空气燃烧技术的基本思想是让燃料在高温低氧体积浓度气氛中燃烧。它包含两项基本技术措施：一项是采用温度效率高、热回收率高的蓄热式换热装置，极大限度回收燃烧产物中的显热，用于预热助燃空气，获得温度为400～800℃，甚至更高的高温助燃空气。另一项是采取燃料分级燃烧和高速气流卷吸附辐射管内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为3% ～15%(体积比)的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中，首先进行诸如裂解等重组过程，造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能，不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。这种燃烧方式一方面使燃烧室内的温度整体升高且分布更趋均匀，使燃料消耗显著降低。降低燃料消耗也就意味着减少了CO₂、氮氧化物(NO_X)等气体的排放。氮氧化物(NOX)是造成大气污染的重要来源之一， NO_X的生成速度主要与燃烧过程中的火焰最高温度及氮、氧的浓度有关，其中温度是影响热力型NO_X的主要因素，Zeldovch等人通过试验及推导得出：

NO_X生成速度=3×10¹⁴ [N₂][O₂] ×exp（-54200/RT），

其中[N₂][O₂]为N₂和O₂的浓度。

由上式可知NO_X生成度与温度呈指数关系，在燃烧温度低于1500℃时，NO_X生成很少，但当温度达到1500℃时，每升高100℃，NO_X生成速度就增加6~7倍。